IPTV組播技術(shù)中服務(wù)質(zhì)量策略分析

劉劍東 秦金廷

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IPTV組播技術(shù)中服務(wù)質(zhì)量策略分析

劉劍東 秦金廷

中國移動通信集團重慶有限公司，重慶 400000

互聯(lián)網(wǎng)時代，視頻會議、視頻通信、視頻點播和視頻廣播等多媒體視聽業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展的同時，也對承載網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、帶寬資源等提出了更高要求，如何在滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用需求的前提下盡可能降低網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的消耗，也成為當(dāng)前重要課題之一?，F(xiàn)階段，采用傳統(tǒng)單播技術(shù)進行高帶寬業(yè)務(wù)應(yīng)用，極易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)帶寬的嚴(yán)重浪費，而組播技術(shù)則能夠有效地解決網(wǎng)絡(luò)帶寬浪費的問題，故組播技術(shù)的應(yīng)用也成為電信運營商緩解帶寬資源消耗的重要技術(shù)措施。將針對IPTV組播技術(shù)的實際應(yīng)用，對IPTV系統(tǒng)的組播技術(shù)進行深入研究，同時對基于MPLS網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議方面的差分服務(wù)模型進行研究，并探討在QoS參數(shù)基礎(chǔ)上對PIM-SM協(xié)議進行補充，完善對IPTV組播服務(wù)質(zhì)量的策略分析。

IPTV；組播技術(shù)；服務(wù)質(zhì)量；策略

隨著“寬帶中國”戰(zhàn)略的不斷推進，人們對各類網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求不斷增加，新的多媒體應(yīng)用研發(fā)有效促進了電信網(wǎng)、廣電網(wǎng)以及互聯(lián)網(wǎng)的相互滲透和融合，這讓三者之間的關(guān)系變得更加緊密，也讓三者之間的經(jīng)營效益得到有效提升。IPTV即交互式網(wǎng)絡(luò)電視，是一種利用寬帶網(wǎng)，集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通訊等技術(shù)于一體，將家庭電視作為主要終端，通過互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議等向家庭用戶提供包括數(shù)字電視直播、點播等多種交互式服務(wù)的嶄新技術(shù)。[1]

對于IPTV業(yè)務(wù)而言，以高效的組播技術(shù)來保障QoS的良好運行，是其業(yè)務(wù)開展的基礎(chǔ)性保障。通常QoS能夠提供三種服務(wù)模型：Best-Effort service（盡力而為服務(wù)模型）、Integrated service（綜合服務(wù)模型，簡稱Int-Serv）、Differentiated service（區(qū)分服務(wù)模型，簡稱Diff-Serv）。而在以互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的情況下，視音頻的應(yīng)用基于不同的QoS策略與要求，需要匹配不同的服務(wù)模型。但現(xiàn)階段主要應(yīng)用場景也只能在單播環(huán)境下的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量得到保障，并不能讓組播業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量得到保障。[2]因此我們還需要研究更加高效的傳輸方案，來保證IPTV組播的服務(wù)質(zhì)量。

1 MPLS網(wǎng)絡(luò)下的IPTV區(qū)分服務(wù)模型

對于IPTV傳輸而言，集成服務(wù)模型是理論上保證其質(zhì)量的最好技術(shù)，但由于集成服務(wù)模型的費用支出相對較高，并且擴展性不能滿足需求，所以在實際應(yīng)用中不會將其作為首選。[3]而QoS技術(shù)是一種差分服務(wù)模型，其能夠讓運營實際情況和IPTV業(yè)務(wù)特點被真正結(jié)合在一起。而將多協(xié)議標(biāo)記交換技術(shù)使用在網(wǎng)絡(luò)核心中，就能讓服務(wù)質(zhì)量得到更好的保障。

1.1 IPTV系統(tǒng)與MPLS協(xié)議

在不進行服務(wù)質(zhì)量保證、不設(shè)置排隊和擁塞管理機制、不區(qū)分業(yè)務(wù)流類型的情況下將IPTV直接增加到原有的網(wǎng)絡(luò)中，就很可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞，這樣將會導(dǎo)致代價大的路徑被閑置，而代價小的路徑卻成為所有數(shù)據(jù)流搶占的對象。[4]所以可以設(shè)想選擇一條能夠滿足IPTV服務(wù)質(zhì)量的次優(yōu)路徑作為數(shù)據(jù)流傳輸?shù)妮d體，這樣就需要利用MPLS技術(shù)對資源進行邏輯隔離處理。

對于MPLS而言，其主要是將二層交換協(xié)議和三層IP技術(shù)結(jié)合在一起，將一個定長的標(biāo)簽作為傳輸過程中唯一的處理對象，將面向連接的機制引入到無連接的IP網(wǎng)絡(luò)中，以運行過程中建立的標(biāo)記交換通路進行轉(zhuǎn)發(fā)分組，這樣就能讓IP業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量得到保障。對于單播通信而言，MPLS的應(yīng)用為其帶來了很多便利，但MPLS并不能適用于組播。而要在MPLS中應(yīng)用組播技術(shù)，必須要解決的問題就是將第三層主播書映射到第二層鏈路上。[5]

1.2 以MPLS疊加差分業(yè)務(wù)模型為基礎(chǔ)的組播

對于MPLS而言，其本身沒有固定的服務(wù)質(zhì)量特性和服務(wù)類型，其只能為IP基礎(chǔ)上的服務(wù)質(zhì)量特性和服務(wù)類型提供一個體系結(jié)構(gòu)。所以在單獨使用MPLS的情況下，并不能讓服務(wù)質(zhì)量得到有效保障。在使用服務(wù)體系結(jié)構(gòu)DiffSer的情況下，能夠讓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點的結(jié)構(gòu)得到簡化，以報文內(nèi)容對各種業(yè)務(wù)的流量進行區(qū)分，同時完成對優(yōu)先級的分配并保證讓高優(yōu)先級先轉(zhuǎn)發(fā)，這種良好的擴展性能夠在路由器上輕松實現(xiàn)，所以其是一種很好的IP服務(wù)質(zhì)量控制模型。但逐跳路由是區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)使用的分組轉(zhuǎn)發(fā)方式，所以并不能較好地完成對端到端服務(wù)質(zhì)量結(jié)構(gòu)的提供。MPLS的標(biāo)簽分配與區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)對服務(wù)質(zhì)量的分類有很多相似的地方，所以MPLS能夠為區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)提供很好的支持。[6]

在啟用MPLS協(xié)議標(biāo)簽交換路由器（LSR）在標(biāo)簽交換的轉(zhuǎn)發(fā)過程中并不檢查IP頭，所以MPLS標(biāo)簽交換路由器利用MPLS標(biāo)簽中的EXP比特來配置QoS策略。因此，在MPLS網(wǎng)絡(luò)中可以利用MPLS標(biāo)簽中的EXP比特來設(shè)置MPLS報文的優(yōu)先級別，從而實現(xiàn)區(qū)分服務(wù)。故在MPLS疊加區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的過程中，必須要將DSCP的值映射到,MPLS的標(biāo)簽中。[7]其主要是在使用某種方法的基礎(chǔ)上，讓其相應(yīng)的PHB能夠在標(biāo)簽頭中得到確定。

在本文的研究中，將引用一種擴展的區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)框架，用以保證組播的服務(wù)質(zhì)量，以原有的單播服務(wù)為基礎(chǔ)，添加更多的多播服務(wù)類型。在這一框架中，需要有相應(yīng)的工具并滿足一些必要的條件。其中主要是需要完成對流量的分類和調(diào)整，需要PHB和PHB組，因為對于特定應(yīng)用的組播流而言需要對相同的QoS策略進行指定，所以將會在組播環(huán)境中應(yīng)用PHB組，同時還要設(shè)定排隊機制和服務(wù)類型。在應(yīng)用這種區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)框架的情況下，原有的區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)支持組播服務(wù)時存在的發(fā)送方任意動態(tài)改變、被忽視的預(yù)留子樹和擴展的區(qū)分服務(wù)體系結(jié)構(gòu)寬假對異構(gòu)組播等問題都能得到一定的改善。[8]

對于IPTV業(yè)務(wù)而言，其對時延和丟包的敏感度適中，所以在部署多協(xié)議標(biāo)簽交換疊加差分業(yè)務(wù)模型的過程中，其并不一定設(shè)置最高優(yōu)先級。對于MPLS網(wǎng)絡(luò)而言，其中的LSP機制能夠根據(jù)不同的業(yè)務(wù)建立有針對性的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。通過將該LSP設(shè)置在區(qū)分模型中，并且建立顯示路徑，從而為IPTV業(yè)務(wù)提供其專用的能夠讓其服務(wù)質(zhì)量得到保障的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，這樣就能讓傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的傳輸路徑與IPTV的傳輸路徑分開，同時完成對IPTV多播數(shù)據(jù)流的實時組播服務(wù)類型進行DSCP標(biāo)記。通過這樣的方式完成對流量的合理分流，相較于傳統(tǒng)組播技術(shù)，能夠讓網(wǎng)絡(luò)擁塞得到更加有效的緩解，從而保證IPTV組播技術(shù)的服務(wù)質(zhì)量。

2 以QoS策略為基礎(chǔ)的PIM-SM協(xié)議的擴展

為了更加有效地解決組播的QoS策略部署問題，還可以將以QoS為基礎(chǔ)的組播路由方案引入到其中。對于這個質(zhì)量控制方案，其主要是在構(gòu)建組播樹的時候，對網(wǎng)絡(luò)資源的總體使用率和用戶的QoS保障要求進行合理考慮，并將理論研究重點放在這個問題上。根據(jù)目前的情況來看，主要有QMRP和QoSMIC等多播/組播路由協(xié)議能夠為基于QoS參數(shù)進行路由尋徑提供直接的支持，但在應(yīng)用這些協(xié)議的過程中，當(dāng)出現(xiàn)新的組成員加入的時候，其會存在延遲較高、控制過于復(fù)雜和搜索范圍過大等難以解決的問題，并且這些協(xié)議的應(yīng)用并不能在現(xiàn)有組播路由協(xié)議的基礎(chǔ)上以擴充的形式得到實現(xiàn)，所以其開發(fā)的過程中會有很大的工作量。根據(jù)IPTV的實際應(yīng)用情況，組播路由協(xié)議通常選用使用十分廣泛的PIM-SM協(xié)議，這樣就能在PIN-SM協(xié)議的基礎(chǔ)上通過擴充的方式讓組播的QoS得到一定程度的滿足。在基于PIM-SM的QoS模型中，接收者需要先進入到?jīng)]有QoS保障的共享樹，當(dāng)接收者需要加入到具有特定QoS約束的源樹的時候，只需要切換到相應(yīng)的源樹就能實現(xiàn)。

有研究者提出了兩種組播構(gòu)造的算法，基于簡單單播的QoS組播nuqm算法和以樹信息為基礎(chǔ)的QoS組播TIQM算法，前者使用下層的支持QoS的單播路由算法，后者基于全局組播組信息，兩種算法存在一定的互補性。也有研究者提出了另一種以QoS策略為基礎(chǔ)的PIM-SM擴充方案，即PUQM（pwe-hop unieast QoS nultiest）方案。

在PUQM中，使用了NUQM的逆向單播加入尋徑機制，并在Join/prune數(shù)據(jù)包中寫入了預(yù)留帶寬請求，這樣能夠讓接收者在從SPT樹切換到ST樹的時候完成相應(yīng)的帶寬預(yù)留。

通過對IPTV的應(yīng)用，用戶的觀看行為共有兩大類型，分別是觀看模式和來回切換頻道模式。用戶一般為了瀏覽自己感興趣的節(jié)目或打發(fā)廣告時間而進行頻道的切換，這樣的情況下對視頻流QoS的要求就相對較低，而對快速切換頻道的要求較高。但在長時間觀看某一個頻道的時候，就會對QoS的視頻流要求很高。根據(jù)實際情況對上述方案進行比較可以知道：能夠更好地適應(yīng)用戶的行為模式的方案是PUQM。

所以，可以將PUQM方案引入到PIM-SM協(xié)議中。在用戶進入到穩(wěn)定的觀看模式之后，通過SPT樹和ST樹的來回切換就能夠預(yù)留出相應(yīng)的帶寬，從而讓用戶的觀看質(zhì)量得到有效保障。

3 總結(jié)

IPTV利用寬帶有線網(wǎng)絡(luò)，能夠滿足用戶的節(jié)目觀看需求，在使用IPTV的情況下，用戶能夠得到高清、超清標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字媒體服務(wù)，同時用戶可以根據(jù)自己的喜好選擇網(wǎng)上各種網(wǎng)站提供的視頻節(jié)目。IPTV采用的播放平臺是新一代家庭數(shù)字媒體終端的典型代表，它能根據(jù)用戶的實際需求完成對多種多媒體服務(wù)功能的配置。另外，通過對IPTV技術(shù)的應(yīng)用，能夠為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展商和節(jié)目提供商提供更加廣闊的市場。本文對基于MPLS協(xié)議組播技術(shù)進行了研究，并將QoS策略引入PIM-SM協(xié)議中，提出了一種擴展優(yōu)化方案，使視頻流接收者在從SPT樹切換到ST樹的時候完成相應(yīng)的帶寬預(yù)留，從而提升視頻類應(yīng)用感知，讓用戶的觀看質(zhì)量得到有效保障。

[1]吳曉靈.IPTV業(yè)務(wù)平臺在運營商網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)計與實現(xiàn)[D].吉林大學(xué)，2014.

[2]董賓.IPTV網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及其保障系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].北京郵電大學(xué)，2012.

[3]郭寧.基于城域網(wǎng)的IPTV的設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué)，2014.

[4]沈躍輝.SDN網(wǎng)絡(luò)平臺面向組播業(yè)務(wù)關(guān)鍵技術(shù)的研究與實現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué)，2015.

[5]李國慶.面向高性能寬帶信息網(wǎng)絡(luò)IPTV業(yè)務(wù)的組播技術(shù)研究[D].華南理工大學(xué)，2011.

[6]劉紹東，馬靜靜，董云峰.城域網(wǎng)IPTV組播技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造中的應(yīng)用[J].齊魯工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2015（29）：92-95.

[7]邱志彬.關(guān)于組播技術(shù)在IPTV中的應(yīng)用探究[J].無線互聯(lián)科技，2013（2）：15.

[8]孫涵.淺談組播技術(shù)在IPTV集成播控平臺中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代電視技術(shù)，2013（14）：113-116.

Analysis of Service Quality Strategy in IPTV Multicast Technology

Qin Jinting Liu Jiandong

China Mobile Communications Group Chongqing Co.，Ltd.，Chongqing 400000

the rapid development of the Internet era，video conferencing，video communication，video on demand and video broadcasting of multimedia services at the same time，the bearing，the size of the network bandwidth resources proposed higher requirements，how to under the precondition of satisfying the need of business application as far as possible to reduce the consumption of network bandwidth resources，has become one of the important topics. At this stage，the traditional unicast technology for high bandwidth applications，extremely easy to lead to serious waste of network bandwidth，multicast technology can effectively solve the problems of the waste of network bandwidth，so the application of multicast technology has become a bandwidth resource consumption the important technical measures to alleviate the telecom operators. The IPTV multicast technology for the practical application，the multicast technology in the IPTV system for in-depth study，at the same time the difference based on the system structure and protocol of MPLS network is divided into service model research，and explore in QoS parameters on the basis of PIM-SM protocol supplement and improve the IPTV multicast service quality strategy analysis.

IPTV；multicast technology；quality of service；strategy

TN949.2

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1009-6434(2016)6-0036-03